EP0646213B1 - Verfahren und vorrichtung zum verlegen von unterirdischen sammelleitungen für flüssigkeiten und gase - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum verlegen von unterirdischen sammelleitungen für flüssigkeiten und gase Download PDF

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EP0646213B1
EP0646213B1 EP94915086A EP94915086A EP0646213B1 EP 0646213 B1 EP0646213 B1 EP 0646213B1 EP 94915086 A EP94915086 A EP 94915086A EP 94915086 A EP94915086 A EP 94915086A EP 0646213 B1 EP0646213 B1 EP 0646213B1
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EP
European Patent Office
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filter
bore
filter train
cladding tube
tube
Prior art date
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EP94915086A
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EP0646213B2 (de
EP0646213A1 (de
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Ingo Sass
Hans-Joachim Bayer
Klaus Kleiser
Jörg GÄNGER
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Flowtex Service & Co KG En Schumacher Umwelt GmbH
Original Assignee
Flowtex Service & Co KG GmbH
Sass Ingo
Schumacher Umwelt und Trenntechnik
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Publication date
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Application filed by Flowtex Service & Co KG GmbH, Sass Ingo, Schumacher Umwelt und Trenntechnik filed Critical Flowtex Service & Co KG GmbH
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Publication of EP0646213B1 publication Critical patent/EP0646213B1/de
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    • E21B43/02—Subsoil filtering
    • E21B43/10—Setting of casings, screens, liners or the like in wells
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
    • E03B3/00—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water
    • E03B3/06—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water from underground
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    • E21B43/02—Subsoil filtering
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    • E21B43/02—Subsoil filtering
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    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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    • E21B7/20—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use

Definitions

  • the invention relates to a method for laying underground manifolds for liquids and gases, especially for the construction of horizontal filter wells and Drainage lines, as well as a working tool for implementation of the procedure.
  • horizontal filter well construction The construction of horizontal, arched, sloping or winding wells and drainage pipes for both basic and backwater as well as soil air is summarized provided with the designation horizontal filter well construction.
  • Conventional horizontal filter wells are used for extraction of groundwater through horizontally laid filter tubes is led into a vertical main shaft. From there the water is brought to the surface by means of pumps. Is also in areas of remediation and protection This type of well can be used to remove pollutants.
  • Such horizontal filter wells have opposite Vertical wells procedural and under certain Requirements economic advantages.
  • Another advantage is that the mechanical and pipe systems for Pump pressure lines, measuring devices and energy supplies with electrical switching and control devices far require less volume than vertical wells. As well is the monitoring and maintenance of a Horizontal filter well, measured on comparable Vertical fountain systems, not so expensive.
  • Horizontal filter wells are next to water extraction principally used wherever relatively flat Water resources need to be remediated, or in strong layered floors where a certain layer is used Soil air remediation must be developed. Also in Areas with a development or where a not use the construction of vertical wells allows, or where there are hydraulic needs that suggest a horizontal filter well construction preferably used horizontal filter wells.
  • the filter jacket can consist of filter gravel or filter sand.
  • the horizontal holes in this method can only reach a limited length of up to about 60 m, and this only in straight route.
  • the possible drill lengths will be determined by the soil properties.
  • US 2,981,332 describes one vertically aligned Bore insertable filter element that has an outer cladding tube and includes an inner tube. Between the inner filter tube and the outer cladding tube is a filter layer consisting of Fiberglass arranged. After inserting the filter element in a vertical hole is pulled out the outer cladding tube, whereupon the fiberglass layer between the filter tube and outer cladding tube expands and close to the walls of the Drill hole. The filter element is due to the vertical Hole not drawn into it, but inserted into it or indented.
  • the object of the present invention is a perfect to develop new process that is simple and quick installation of underground Horizontal filter wells and drainage lines, and a tool to carry out the process to provide.
  • the invention is based on the idea that required horizontal drilling from the surface (e.g. shaftless on level terrain) and in these holes are already prefabricated Filter line construction with suitable filter tubes and a Filter gravel jacket, the so-called filter strand, from the Insert the surface into the holes. Doing so here one or more parts under a filter strand inner filter tube with surrounding one- or multi-part Gravel coat understood.
  • the drill head is exited from the Exit opening of the bore through the expansion head replaced and this through the pilot hole or the micro-tunnel in hydraulic-mechanical mode of operation withdrawn.
  • the filter train retraction unit to be coupled directly to the expansion head, whereby the filter strand pull-in unit during the expansion process is pulled into the widened bore.
  • the diameter of the expanding head should be as possible at least the same size or larger than the diameter of the Filter strand retraction unit to be as small as possible Allow frictional forces when pulling into the hole.
  • the Expanding head the filter train retraction unit in the wake of hydraulic-mechanical expanding head moved in.
  • the filter strand can be in the inlet opening be fixed topically, and the protective tube of the The filter train pull-in unit can open to the other be pulled out. This creates between the filter strand and borehole wall an annulus caused by collapse is closed, which has beneficial effects on the Permeability of the well surroundings. For this reason it can be particularly advantageous to have one To choose expansion head diameter, which is considerably larger than that of the protective tube.
  • the filter line structure can optimally match the hydrological conditions are adjusted. For one thing it is possible to fill between the filter tube and the drilling wall with differently coarse-grained filter materials on the other hand, this filling can be exactly in be constructed in a predetermined manner and can also be check the installation.
  • filter line materials In the work equipment according to the invention, all are so far known filter line materials applicable. So can in addition to conventional and well-used in well construction Filter tubes of all types with fleeces, textiles and membranes an inner support tube in the filter line.
  • the filter tube itself can be porous self-supporting Plastic filter tube, which is made of PE, PVDF, PTFE, PT, PU, PVC or the like.
  • the structure of the individual filter strands can advantageously also to the geological-procedural requirements regarding be adapted to the geometry.
  • the outer cladding tube is made of a smooth, stable plastic such as polyethylene or the like manufactured, thereby introducing the Filter strand pulling unit in the bore easier becomes.
  • the working means according to the invention sensitive filter string before drilling fluid and Borschmand access protected and the outer cladding tube relieved the actual filter strand and keeps it clear of frictional forces.
  • the inventive method can completely new areas open up because the individual filter strands in number, Diameters and lengths up to 500 m (with the corresponding Drilling technique can also be varied longer). As well are very small diameters of the individual filter lines possible that is not achieved with the known methods were.
  • the respective section of the filter strand or Filter tube by retracting a camera while control the pulling process. Possibly occurring Damage to the filter train when pulling in is thus immediately detect and possibly eliminate.
  • FIGS. 1 and 2 includes an after Process built according to the invention Horizontal filter wells one or more, light or strongly curved bores 1, which extend from a central Location from fan-shaped, in parallel or different in extend different or the same soil layers 2.
  • Each individual bore 1 has an inlet opening 3 and one Exit opening 4 through which the Filter strand retraction unit 5 is retracted.
  • 53 is below the level of groundwater in the unsaturated zone or in Backwater.
  • the filter tube 53 is for this to the over and under the sections of the soil to be cultivated tightly closed and has only within the to farming soil layers of the bore Permeability through openings, slots, pores 54 or similar in the filter tube 53 through which the groundwater, Backwater or the ground air can flow in. They don't managed sections are, as is common in well construction, with full tubes instead of the filter strand 52, 53 removed.
  • Fig. 3 it can be seen that the expansion head 10 on Drill pipe 11 is coupled. Behind the expanding head 10 is the filter train pull-in unit via a connection 12 5 connected to the expander head 10.
  • the Filter strand retracting unit an outer cladding tube 51, one different granular filling 52 and a filter tube 53 includes.
  • the actual filter string consists of the Gravel filter filling 52 and filter tube 53.
  • a drilling device 13 is used a drill head 14 forming an inlet opening 3 in pushed the ground.
  • the drill head 14 is located via a locating device and the Remote-controlled according to the respective requirements desired direction controlled.
  • the hole is up to an outlet opening 4, on which the drill head 14th is replaced by an expansion head 10.
  • On the on Drill pipe 11 attached expansion head 10 is a Connection 12 arranged on which the prefabricated Filter strand drawing unit 5 is coupled. Now it will Retracted drill pipe 11 towards inlet opening 3, the drill pipe 11 rotating with it Water pressure jets with the expansion head 10 through the Drill hole 1 moves, and thereby the hole 1 in her Diameter is increased by the expansion head 10.
  • the Filter strand pull-in unit 5 up to the inlet opening 3 moved in.
  • This drilling suspension reduces friction on the outer cladding tube 51 of the filter rod pull-in unit 5 as well as the necessary effort to withdraw the Drill pipe 11 and the filter string pull-in unit 5 reduced and additionally stabilized borehole 1.
  • Filter filling 52 also certain plastic granules Grain size can be used. It is also possible from the Inlet opening 3 of water under pressure into the filter tube 53 initiate, which through the openings 54 in Filter tube 53 comes out underground again and additionally the friction between filter train 52, 53 and outer cladding tube 51 reduced.
  • the filter strands drawn through holes 1 and therein 52, 53 formed horizontal filter wells can operated in different ways.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verlegen von unterirdischen Sammelleitungen für Flüssigkeiten und Gase, insbesondere zum Bau von Horizontalfilterbrunnen und Drainageleitungen, sowie ein Arbeitsmittel zur Durchführung des Verfahrens.
Der Bau von horizontalen, bogenförmigen, schrägen oder gewundenen Brunnen und Drainageleitungen sowohl für Grund- und Stauwasser als auch für Bodenluft, wird zusammengefaßt mit der Bezeichnung Horizontalfilterbrunnenbau versehen. Herkömmliche Horizontalfilterbrunnen dienen zur Entnahme von Grundwasser, das durch horizontal verlegte Filterrohre in einen vertikalen Hauptschacht geleitet wird. Von dort wird das Wasser mittels Pumpen an die Oberfläche gebracht. Auch in Gebieten der Altlastensanierung und -sicherung ist zum Schadstoffentzug diese Art von Brunnen einsetzbar. Solche Horizontalfilterbrunnen haben gegenüber Vertikalbrunnen verfahrenstechnische und unter bestimmten Voraussetzungen wirtschaftliche Vorteile.
Mit einem Horizontalfilterbrunnen kann die grundwasserführende Bodenschicnt mit größerer Brunnenleistung entsprechend ihrer Ergiebigkeit erfasst werden. Des weiteren verockern Horizontalfilterbrunnen bedeutend langsamer als Vertikalbrunnen, weil die horizontal gelagerten Filterrohre nicht mit der Luft in Berührung kommen und die Strömungsgeschwindigkeiten in horizontalen Wassererfassungen sehr niedrig gehalten werden können.
Als weiterer Vorteil ist herauszustellen, daß die maschinellen und rohrtechnischen Anlagen für Pumpendruckleitungen, Meßgeräte und Energiezuführungen mit elektrischen Schalt- und Steuereinrichtungen weitaus geringeren Umfang erfordern als bei Vertikalbrunnen. Ebenso ist die Überwachung und Wartung eines Horizontalfilterbrunnens, gemessen an vergleichbaren Vertikalbrunnenanlagen, nicht so aufwendig.
Horizontalfilterbrunnen sind neben der Wassergewinnung prinzipiell dort bevorzugt einsetzbar, wo relativ flache Wasservorkommen saniert werden müssen, oder in stark geschichteten Böden, wo eine bestimmte Schicht zur Bodenluftsanierung erschlossen werden muß. Auch in Gebieten, die eine Überbauung aufweisen oder wo eine anderweitige Nutzung den Bau von Vertikalbrunnen nicht zuläßt, oder wo hydraulische Notwendigkeiten vorliegen, die einen Horizontalfilterbrunnenbau nahelegen, werden bevorzugt Horizontalfilterbrunnen eingesetzt.
Heutzutage werden bei Horizontalfilterbrunnen hauptsächlich die Verfahren nach FEHLMANN und PREUSSAG angewendet. Die Verfahren nach FEHLMANN und PREUSSAG sind bei E. Bieske, "Bohrbrunnen" (7. Aufl., 1992, Oldenbourg, München) beschrieben. Des weiteren gibt die Firma Preussag ein Prospekt heraus, in dem das Preussag-Verfahren ausführlich dargestellt ist. Die Vorgehensweise soll am Beispiel des Preussag-Verfahrens kurz erläutert werden: Bei diesem Verfahren wird ein bis in das Grundwasservorkommen reichender Hauptschacht vorher angefertigt und abgetäuft. Von einer Arbeitsebene aus werden strahl- oder fächerförmig gerade horizontale Bohrungen mit Bohrrohren vorangetrieben. In diese Bohrrohre werden danach die Filterrohre eingebaut. Dann werden die Bohrrohre nach und nach aus den Bohrungen herausgezogen, währenddessen Filterkies in den Hohlraum zwischen der Bohrung und dem Filterrohr unter Hochdruck angespült wird, so daß der Filterkies sich zwischen Bohrwandung und Filterrohr absetzen kann. Dieser Filtermantel kann aus Filterkies cder Filtersand bestehen.
Diese bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß ein im Durchmesser mindestens 2,5 m breiter Vertikalschacht in den Boden vorangetrieben werden muß. Des weiteren muß dann eine Arbeitsbühne mit der Bohr- und Einbauanlage im Schacht aufgebaut und mit großem Aufwand die Horizontalbohrungen in die Bodenschichten eingebracht werden.
Die Horizontalbohrungen bei diesen Verfahren können nur eine begrenzte Länge bis etwa 60 m erreichen, und dies nur in gerader Streckenführung. Die möglichen Bohrlängen werden dabei durch die Bodeneigenschaften bestimmt.
Zudem strömt während der gesamten Bauzeit des Horizontalfilterbrunnens bei den bekannten Verfahren ständig Grundwasser in den Zentralschacht ein, das mit großem Aufwand entweder abgehalten oder abgepumpt werden muß.
Diese bekannten Verfahren sind somit aufwendig, teuer und können nur ab bestimmten Baugrößen wirtschaftlich gebaut werden.
Die US 2,981,332 beschreibt ein in eine vertikal ausgerichtete Bohrung einsetzbares Filterelement, das ein äußeres Hüllrohr und ein inneres Rohr umfaßt. Zwischen dem inneren Filterrohr und dem äußeren Hüllrohr wird eine Filterschicht bestehend aus Fiberglas angeordnet. Nach dem Einsetzen des Filterelements in eine Vertikalbohrung wird das äußere Hüllrohr herausgezogen, woraufhin sich die Fiberglasschicht zwischen Filterrohr und äußerem Hüllrohr ausdehnt und sich dicht an die Wandungen der Bohrung anlegt. Das Filterelement wird aufgrund der vertikalen Bohrung nicht in diese eingezogen, sondern in diese eingesetzt oder eingedrückt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein vollkommen neues Verfahren zu entwickeln, das ein einfaches und schnell durchzuführendes Einbringen von unterirdischen Horizontalfilterbrunnen und Drainageleitungen ermöglicht, sowie ein Arbeitsmittel zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit einer Verfahrensweise nach dem Patentanspruch 1 und mit einem Arbeitsmittel nach den Merkmalen des Patentanspruchs 19 gelöst.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die erforderlichen Horizontalbohrungen von der Oberfläche aus (z.B. schachtlos in ebenem Gelände) vorzunehmen und in diese Bohrungen den schon gesamt vorgefertigten Filterleitungsaufbau mit geeigneten Filterrohren und einem Filterkiesmantel, den sogenannten Filterstrang, von der Oberfläche aus in die Bohrungen einzubringen. Dabei wird hier unter einem Filterstrang ein ein- oder mehrteiliges inneres Filterrohr mit umgebendem ein- oder mehrteiligem Kiesmantel verstanden.
Zum Einbringen der Bohrung wird vorteilhafterweise ein voll verlaufsgesteuertes Bohrungsverfahren verwendet, das ursprünglich für die Versorgungstechnik entwickelt wurde.
Dabei wird ein voll steuerbarer, fernlenkbarer Bohrkopf eingesetzt, der es ermöglicht, daß auch gekrümmte oder bogenförmig verlaufende Bohrungen vorgenommen werden können. Ein solches verlaufsgesteuertes Bohrverfahren hat für den Bau von Horizontalfilterbrunnen den Vorteil, daß die Verdichtungen des Bodens sich bei den meisten Bodenarten in einem Bereich halten, der für den Bodenluft-, Stauwasser- oder Grundwasserbrunnenbau tolerierbar ist.
Beim Bohren schneidet unter mechanischem Vorschub ein Hochdruckwasserstrahl einen Mikrotunnel in den Boden. Vorteilhafterweise wird diesem Hochdruckwasserstrahl eine Stützsuspension für das Bohrloch beigemischt, wodurch ein Teil des gelösten Bodenmaterials in die umgebende Matrix verdrängt und ein Teil mit der Bohrsuspension ausgetragen wird. Dadurch wird einerseits das Bohrloch stabilisiert und andererseits eine gewisse Gleitwirkung beim Einzug einer Filterstrang-Einzieheinheit, je nach Zusammensetzung der Bohrspülung, erzeugt. Unter einer Filterstrang-Einzieheinheit wird hier des Arbeitsmittel zur Durchführung des Verfahrens nach dem Patentanspruch 20 oder 21 verstanden. Infolge der Materialverlagerungen treten geringe Permeabilitätsänderungen auf, die durch die Art und Weise des Bohrens im Detail und durch Spülungsmenge, Spülungsdruck und Spülungszusammensetzung reguliert werden.Des weiteren kann es den Bohrerhältnissen entsprechend von besonderem Vorteil sein, eine bentonit-freie Bohrsuspension zu verwenden, die gewässerneutral und biologisch abbaubar ist. Diese Bohrsuspension ermöglicht es, daß keine zusätzlichen Permeabilitätsverringungen des Bodens erzeugt werden.
Um Filterstrang-Einzieheinheiten mit einem Durchmesser größer als der des Mikrotunnels in die Bohrung einzubringen, ist es vorteilhaft, die erste Bohrung mit kleinem Durchmesser durch einen Aufweitkopf aufzuweiten. Hierzu wird der Bohrkopf nach Austritt aus der Austrittsöffnung der Bohrung durch den Aufweitkopf ausgetauscht und dieser dann durch die Pilot-Bohrung bzw. den Mikrotunnel in hydraulisch-mechanischer Arbeitsweise zurückgezogen.
Zum Einbringen bzw. Einziehen einer Filterstrang-Einzieheinheit mit besonders großem Durchmesser ist es vorteilhaft, die ursprüngliche Bohrung mehrmals mit verschieden großen Aufweitköpfen schrittweise aufzuweiten. Wann das nötig ist, wird im wesentlichen durch die Bodeneigenschaften, die Bohrtechnik und die Aufgabe der Horizontalfilterbrunnen und Drainageleitungen vorgegeben.
Um ein schnelles Verlegen der Filterstränge zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, die Filterstrang-Einzieheinheit direkt am Aufweitkopf anzukoppeln, wodurch die Filterstrang-Einzieheinheit während des Aufweitvorgangs in die aufgeweitete Bohrung eingezogen wird.
Der Durchmesser des Aufweitkopfes sollte möglichst mindestens gleich groß oder größer als der Durchmesser der Filterstrang-Einzieheinheit sein, um möglichst geringe Reibungskräfte beim Einziehen in die Bohrung zuzulassen.
Wenn der letzte Aufweitvorgang erfolgt, wird mit dem Aufweitkopf die Filterstrang-Einzieheinheit im Gefolge des hydraulisch-mechanisch arbeitenden Aufweitkopfes eingezogen. In der Eintrittsöffnung kann der Filterstrang obertätig fixiert werden, und das Schutzrohr der Filterstrang-Einzieheinheit kann zur anderen Öffnung herausgezogen werden. Dabei entsteht zwischen Filterstrang und Bohrlochwandung ein Ringraum, der durch Versturz geschlossen wird, was günstige Auswirkungen auf die Durchlässigkeit des Brunnenumfeldes hat. Aus diesem Grund kann es besonders vorteilhaft sein, einen Aufweitkopfdurchmesser zu wählen, der erheblich größer ist als der des Schutzrohres.
Damit beim Herausziehen des äußeren Hüllrohres (Schutzrohres) der eigentliche Filterleitungsaufbau nicht mit herausgezogen wird, ist es vorteilhaft, den inliegenden Filterstrang bzw. das inliegende Filterrohr eigens oberirdisch zu fixieren.
Abhängig von den Bodeneigenschaften und der speziellen Aufgabe des Brunnens kann es vorteilhaft sein, daß zuerst nur ein Hüllrohr in die Bohrung eingezogen wird und dann erst der eigentliche Filterstrang in das Hüllrohr eingeschoben wird.
Zur Durchführung des Verfahrens dient ein Arbeitsmittel mit einem äußeren Hüllrohr, das einen darin liegenden Filterrohr umschließt, wobei vorteilhafterweise der Zwischenraum zwischen Fiiterstrang und äußerem Hüllrohr durch eine Filtersand- und/oder Filterkiesfüllung (Filterkiesmantel) gefüllt ist. Ein solcher Aufbau ermöglicht es, daß die Verteilung der Filterkiesfüllung und der darin eingebetteten Filterleitung den Erfordernissen entsprechend optimal aufgebaut ist. Zudem wird ermöglicht, daß der Aufbau des Filterstrangs vorgefertigt werden kann und dadurch fehlerhafte Stellen vermieden werden. Diese Anordnung ist auch deshalb sehr vorteilhaft, da der gesamte Aufbau des zu verlegenden Filterstrangaufbaus vorkontrolliert werden kann.
Je nach Bodengegebenheiten ist eine Mantelung des Filterrohres mit Filterkies oder Filtersand nicht nötig und es ist dann vorteilhaft, um Kosten einzusparen, nur ein Filterrohr im äußeren Hüllrohr in die Bohrung einzuziehen.
Erfindungsgemäß kann der Filterstrangaufbau optimal an die hydrologischen Gegebenheiten angepaßt werden. Zum einen ist es möglich, die Füllung zwischen Filterrohr und Bohrwandung mit unterschiedlich grobkörnigen Filtermaterialien vorzunehmen, zum anderen kann diese Füllung genau in vorbestimmter Weise aufgebaut sein und läßt sich auch vor dem Einbau kontrollieren.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Fertigung des gesamten Filterstrangs vor Einbau sind weitere Variationen dieses Aufbaus zur optimalen Anpassung an die geologischen Gegebenheiten möglich.
So kann es aus verfahrenstechnischen und ökonomischen Gründen vorteilhaft sein, die eigentliche Filterleitung nur in Teilabschnitten der Gesamtbohrung einzubringen.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau und der Vorfertigung des gesamten Filterstrangs ist ein DIN-gerechter Aufbau möglich. Aufgrund der Vorfertigung des Filterstrangs können cptimale Brunnenleistungen erreicht werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Arbeitsmittel sind alle bisher bekannten Filterleitungsmaterialien anwendbar. So können neben herkömmlichen und im Brunnenbau bereits üblichen Filterrohren jeder Art Vliese, Textilien und Membranen mit einem inneren Stützrohr im Filterstrang eingebaut werden. Das Filterrohr selbst kann ein porös selbsttragendes Kunststoff-Filterrohr sein, welches aus PE, PVDF, PTFE, PT, PU, PVC oder dergleichen, besteht. Ebenso können poröse selbsttragende Keramik- oder Sintermetall-Filterrohre oder aus anderen porösen selbsttragenden Materialien bestehende Filterrohre im Filterstrang eingesetzt werden.
Der Aufbau der einzelnen Filterstränge kann vorteilhafterweise auch an die geologisch-verfahrenstechnischen Anforderungen hinsichtlich der Geometrie angepaßt werden. Hierzu wird die Filterstrangeinheit falls nötig unterschiedlich flexibel aufgebaut, so daß verschiedenste Krümmungsradien der Horizontalfilterbrunnen oder der Drainageleitungen des Bohrlochs möglich sind.
Erfindungsgemäß ist das äußere Hüllrohr aus einem glatten, stabilen Kunststoff wie Polyethylen oder dergleichen gefertigt, wodurch das Einführen der Filterstrang-Einzieheinheit in die Bohrung erleichtert wird. Durch das erfindungsgemäße Arbeitsmittel wird der empfindliche Filterstrang vor Bohrspülungs- und Borschmand-Zutritten geschützt und das äußere Hüllrohrentlastet den eigentlichen Filterstrang und hält ihn frei von Reibungskräften.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann völlig neue Bereiche erschließen, da die einzelnen Filterstränge in Anzahl, Durchmesser und Längen bis 500 m (bei entsprechender Bohrtechnik auch länger) variiert werden können. Ebenso sind sehr geringe Durchmesser der einzelnen Filterleitungen möglich, die mit den bekannten Verfahren nicht erreicht wurden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es zudem möglich, den jeweiligen Abschnitt des Filterstrangs bzw. des Filterrohres mittels Einfahren einer Kamera schon während des Einziehvorgangs zu kontrollieren. Eventuell auftretende Beschädigungen am Filterstrang beim Einziehen sind somit sofort festzustellen und möglicherweise zu beseitigen.
Im folgenden ist zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der Erfindung ein Ausführungsbeispiel eines nach dem erfindungsgemäßen verfahren gebauten Horizontalfilterbrunnens sowie dem erfindungsgemäßen Arbeitsmittel zur Durchführung dieses Verfahrens unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigt:
Fig. 1
eine beispielhafte Unterfahrung,
Fig. 1a
eine schematische Darstellung des Vorantreibens einer Bohrung,
Fig. 2
eine Draufsicht mit beispielhaften Verlaufsformen der Brunnen und Drainagen,
Fig. 3
eine schematische Darstellung eines beispielhaften Aufweitvorgangs, und
Fig. 4
einen schematischen Schnitt senkrecht zum Filterstrang (Ausführungsbeispiel) mit noch ungezogenem Schutzrohr.
Wie aus Fig. 1 und 2 hervorgeht, umfaßt ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gebauter Horizontalfilterbrunnen eine oder mehrere, leicht oder stark gekrümmte Bohrungen 1, die sich von einem zentralen Standort aus fächerförmig, in parallel oder anders in verschiedene oder dieselben Bodenschichten 2 erstrecken. Jede Einzelbohrung 1 hat eine Eintrittsöffnung 3 und eine Austrittsöffnung 4, durch welche die Filterstrang-Einzieheinheit 5 eingezogen wird. Der eigentliche Filterstrang 52, 53 liegt dabei unter dem Pegel des Grundwassers in der ungesättigten Zone oder im Stauwasser. An der Oberfläche steht eine Entnahmevorrichtung 6, in dem die zur Förderung des Grundwassers, des Stauwassers oder der Bodenluft dienenden Pumpen Sauger, Vakuumerzeuger oder ähnliches untergebracht sind. Das Filterrohr 53 ist hierzu zu den über und unter der zu bewirtschaftenden Bodenschicht liegenden Abschnitten dicht verschlossen und hat nur innerhalb der zu bewirtschaftenden Bodenschichten der Bohrung Durchlässigkeiten durch Öffnungen, Schlitze, Poren 54 oder ähnliches im Filterrohr 53, durch die das Grundwasser, Stauwasser oder die Bodenluft einströmen können. Die nicht bewirtschafteten Abschnitte sind, wie im Brunnenbau üblich, mit Vollrohren anstelle des Filterstranges 52, 53 ausgebaut.
In Fig. 3 ist erkennbar, daß der Aufweitkopf 10 am Bohrgestänge 11 angekoppelt ist. Hinter dem Aufweitkopf 10 ist über eine Verbindung 12 die Filterstrang-Einzieheinheit 5 mit dem Aufweitkopf 10 verbunden.
Aus der Fig. 4 ist ersichtlich, daß die Filterstrang-Einzieheinheit ein äußeres Hüllrohr 51, eine unterschiedlich körnige Füllung 52 und ein Filterrohr 53 umfaßt. Der eigentliche Filterstrang besteht aus der Filterkiesfüllung 52 und dem Filterrohr 53.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Einbau von unterirdischen Sammelleitungen 53 wird im folgenden erläutert.
Wie aus Fig. 1a ersichtlich, wird mit einem Bohrgerät 13 ein Bohrkopf 14 unter Bildung einer Eintrittsöffnung 3 in den Boden vorangetrieben. Während des gesamten Bohrvorgangs wird der Bohrkopf 14 über ein Ortungsgerät geortet und den Erfordernissen entsprechend ferngesteuert in die jeweilig gewunschte Richtung gesteuert. Die Bohrung wird bis zu einer Austrittsöffnung 4 geführt, an der der Bohrkopf 14 durch einen Aufweitkopf 10 ersetzt wird. An dem am Bohrgestänge 11 angebrachten Aufweitkopf 10 ist eine Verbindung 12 angeordnet, an dem die vorgefertigte Filterstrang-Einzieheinheit 5 angekoppelt ist. Nun wird das Bohrgestänge 11 zur Eintrittsöffnung 3 hin zurückgezogen, wobei sich das Bohrgestänge 11 rotierend mit Wasserdruckstrahlen mit dem Aufweitkopf 10 durch das Bohrloch 1 bewegt, und dadurch die Bohrung 1 in ihrem Durchmesser durch den Aufweitkopf 10 vergrößert wird. Gleichzeitig mit diesem Aufweitvorgang wird die Filterstrang-Einzieheinheit 5 bis zur Eintrittsöffnung 3 eingezogen. Während des Aufweitvorgangs wird eine den Bodenerfordernissen entsprechend zusammengesetzte Bohrsuspension durch die am Aufweitkopf 10 angebrachte Düse oder Düsen in den aufgelockerten Boden der Bohrwandung 1 eingebracht. Durch diese Bohrsuspension werden die Reibung am äußeren Hüllrohr 51 der Filterstrang-Einzieheinheit 5 sowie der nötige Kraftaufwand zum Zurückziehen des Bohrgestänges 11 und der Filterstrang-Einzieheinheit 5 verringert und zusätzlich das Bohrloch 1 stabilisiert.
Bei dem Aufweitvorgang wird die Bohrwandung des Bohrlochs 1 aufgerissen und kann auf das äußere Hüllrohr 51 der Filterstrang-Einzieheinheit 5 fallen, falls Bodenverhältnisse, Bohrtechnik im Detail und Spülungsparameter dies zulassen. Hierdurch wird eine gewünschte höhere Permeabilität des Bodens im Bereich der Bohrwandung erreicht.
Nachdem die Filterstrang-Einzieheinheit 5 an der Eintrittsöffnung 3 angelangt ist, wird das Filterrohr 53 oberirdisch fixiert. Dann wird von der anderen Öffnung 4 aus das äußere Hüllrohr 51 aus dem Bohrloch 1 herausgezogen.
Zur Erniedrigung der Reibungskräfte beim Herausziehen des äußeren Hüllrohres 51 aus der Bohrung 1 können als Filterfüllung 52 auch Kunststoffgranulate bestimmter Korngröße eingesetzt werden. Ebenso ist es möglich, von der Eintrittsöffnung 3 aus Wasser unter Druck in das Filterrohr 53 einzuleiten, welches durch die Öffnungen 54 im Filterrohr 53 unterirdisch wieder heraustritt und zusätzlich die Reibung zwischen Filterstrang 52, 53 und äußerem Hüllrohr 51 verringert.
Die durch Bohrungen 1 und darin eingezogenen Filtersträngen 52, 53 gebildeten Horizontalfilterbrunnen können auf verschiedene Weise betrieben werden.
Es ist denkbar, eine der Öffnungen 3, 4 dicht zu verschließen, wodurch ein Vakuumbetrieb der einzelnen Bohrung 1 bzw. der Filterstränge 52, 53 möglich ist. Andere Betriebsweisen wie Schwerkraftentwässerung und kombinierte Bodenluft-Absaugung und Entwässerung sowie auch Versickerungen und Verpressungen können ebenfalls durchgeführt werden.

Claims (31)

  1. Verfahren zum Verlegen von unterirdischen Sammelleitungen für Flüssigkeiten und Gase, insbesondere zum Bau von Horizontalfilterbrunnen und Drainageleitungen, mit folgenden Verfahrensschritten:
    Einbringen mindestens einer Bohrung (1) in vorbestimmte Bodenschichten;
    Einziehen einer Filterstrang-Einzieheinheit (5), bestehend aus Filterstrang (52, 53) und äußerem Hüllrohr (51) in die jeweilige Bohrung (1); und
    Entfernen des äußeren Hüllrohres (51) der Filterstrang-Einzieheinheit (5);
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Bohrung jeweils eine Eintrittsöffnung (3) und eine Austrittsöffnung (4) besitzt; und
    die Filterstrang-Einzieheinheit (5) an einem Aufweitkopf (10) angekoppelt ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (1) mittels eines verlaufgesteuerten Bohrungsverfahren vorangetrieben wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein voll steuerbarer, fernlenkbarer Bohrkopf (14) zum Bohren verwendet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Einbringen der Bohrung (1) diese durch den Aufweitkopf (10) aufgeweitet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (14) nach Austritt aus der Austrittsöffnung (4) der Bohrung (1) entfernt und hierfür der Aufweitkopf (10) an das Bohrgestänge (11) angeschlossen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Zurückziehen des Aufweitkopfes zur Eintrittsöffnung hin gleichzeitig die Filterstrang-Einzieheinheit in die Bohrung eingezogen wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des verwendeten Aufweitkopfes größer oder gleich dem Durchmesser der Filterstrang-Einzieheinheit ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung mehrmals mit verschieden großen Aufweitköpfen schrittweise weiter aufgeweitet wird, wobei mit dem letzten Aufweitschritt die Filterstrang-Einzieheinheit angeschlossen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Filterstrang der Filterstrang-Einzieheinheit bei Zug des äußeren Hüllrohrs oberirdisch fixiert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erstellen der Bohrung nur ein Hüllrohr eingezogen wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterstrang in das Hüllrohr eingeschoben wird.
  12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Bohren verwendete Bohrsuspension, die auch reines Wasser sein kann, gewässerneutral und biologisch abbaubar ist.
  13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrsuspension keine zusätzlichen Permeabilitätsverringerungen im Boden erzeugt.
  14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge einer Bohrung (1) bis 500 m oder mehr beträgt.
  15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ziehen des Hüllrohres (51) aus der Bohrung gleichzeitig Wasser durch den inneren Filterstrang (52, 53) unter Druck in die Bohrung (1) gepreßt wird.
  16. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (1) eine beliebig gekrümmte Bahn beschreibt.
  17. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (1) zu vorbestimmten Stellen vorangetrieben wird.
  18. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den inneren Filterstrang (53) zur Kontrolle des Einbauzustands eine Kamera eingefahren wird.
  19. Arbeitsmittel zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Filterstrang-Einzieheinheit (5) umfassend
    einen inneren ein- oder mehrteiligen Filterstrang beziehungsweise Filterrohr (53); und
    ein entfernbares äußeres Hüllrohr (51);
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Zwischenraum zwischen innerem Filterrohr (53) und dem äußeren, entfernbaren Hüllrohr (51) leer ist oder den Zwischenraum eine Filtersand- und/oder Filterkiesfüllung füllt, und daß
    die Filterstrang-Einzieheinheit (5) an einem Aufweitkopf (10) angekoppelt ist.
  20. Arbeitsmittel nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterrohr (53) ein inneres Stützrohr für Vliese, Textilien und Membranen umfaßt oder aus herkömmlichen Filterrohren besteht.
  21. Arbeitsmittel nach einem der Ansprüche 19 und 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterrohr (53) aus einem porös selbsttragenden Kunststoff-Filterrohr, wie PE, PVDF, PTFE, PT, PU, PVC, und dergleichen, oder aus herkömmlichen Filterrohren besteht.
  22. Arbeitsmittel nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterstrang (52, 53) Geotextilien und/oder Membranen mit Stützeinrichtung umfaßt.
  23. Arbeitsmittel nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterstrang (52, 53) ein Filtervlies mit Stützeinrichtung umfaßt.
  24. Arbeitsmittel nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterstrang (52, 53) aus porösem selbsttragenden Keramik- oder Sintermetallfilterrohren besteht.
  25. Arbeitsmittel nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Hüllrohr (51) aus Polyethylen oder dergleichen besteht.
  26. Arbeitsmittel nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung zwischen Filterstrang und äußerem Hüllrohr (51) aus Kunststoffgranulat besteht.
  27. Arbeitsmittel nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung zwischen Filterstrang und äußerem Hüllrohr nur in einem bestimmten Teilabschnitt vorhanden ist.
  28. Arbeitsmittel nach einem der Ansprüche 19 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung (52) zwischen innerem Filterstrang (53) und äußerem Hüllrohr (51) nur an vorbestimmten Teilabschnitten der Fitlerstrang-Einzieheinheit vorhanden ist.
  29. Arbeitsmittel nach einem der Ansprüche 19 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung zwischen innerem Filterstrang (53) und äußerem Hüllrohr (51) aus verschiedenen Schichten besteht.
  30. Arbeitsmittel nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Schichten aus unterschiedlich grobkörnigem Filtersand und/oder Filterkies bestehen.
  31. Arbeitsmittel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Aufbau der Filterstrang-Einzieheinheit (52, 53) nach den entsprechenden DIN-Normen aufgebaut ist.
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